ﺎﻫﯽﯾﺎﺒﯾز ﻖﻟﺎﺧ مﺎﻧ ﻪﺑdl.mohandes-iran.com/mekanik/Article/Control valves.pdf · (governor) ﯽﯾﺎﻫهﺪﻨﻨﮐ ﻢﯿﻈﻨﺗ ،يو شﻼﺗ

شیرهاي کنترلی جزوه آموزشی :

امیر حصیمی : مدرس 34از 1صفحه گروه مهندسی فرآیند

۱

هابه نام خالق زیبایی

http://www.mohandes-iran.com

A-PDF Watermark DEMO: Purchase from www.A-PDF.com to remove the watermark


http://www.a-pdf.com/?wm-demo



۲

شیرهاي کنترلی

: امیر حصیمی مدرس [email protected]پست الکترونیک:

سومویرایش 1396 زمستان


mailto:[email protected]




۳

صفحه فهرست مطالب عنوان

4 مقدمه

4 تاریخچه شیر کنترلی

5 شیر کروي و انواع آن

8 جریانیخصوصیات انواع شیر از لحاظ

9 جریان بحرانی

11 اتوماتیکتعاریف براي شیر کنترلی

14 طراحی شیر

17 کالس فشاري شیر کنترلی

18 کنترلی شیر اجزاي

V 23توپی شیرهاي کنترلی

27 هاپیوست

34 منابع





٤

مقدمه عمل دست نیروي از غیر نیرویی اعمال با که است ايوسیله کنترل شیر ISA-S75.05 استاندارد در مندرج تعریف مطابق

یک به که است شیر یک شامل کنترل شیر کند،می تنظیم کنترل فرایندي سیستم یک در را سیال جریان میزان و نمایدمی سیگنالی برمبناي تغییر این. باشدمی متصل دارد را سیال کننده کنترل عنصر تغییر ییتوانا که Actuatorیا محرکه مکانیزم

.شودمی دریافت کنترل سیستم از که است ها دستگاه و قطعات خرید هاي هزینه از زیادي قسمت و نمایدمی ایفا فرایندي صنعت یک در اساسی و مهم نقش کنترل شیر

.باشدمی آن جانبی هاي سیستم و کنترل شیر به مربوط ،صنایع در شده بیشتر و بیشتر آن کاربرددرصد رسیده است و 50از یک درصد به 1980تا سال 1950از سال Rotaryشیرهاي رشد

از لحاظ هزینه و نیز عملکرد، مزایایی را نسبت به Rotaryاي آن بود. شیرهاي نوع پروانه Rotary شیرهاي از نوع اولین .استباشند بیشتر می vC داراي ظرفیت جریانی یا همان through-Straightشیرهاي خطی از خودشان نشان دادند. شیرهاي معروف

موقعیت ابعاد و وزن لحاظ از ولی می باشند. Cavitation و Choking بوده و مستعد ایجاد High Recovery شیرهاي ءولی جز

باشند.می Globe داراي دامنه محدودتر فشار و دما نسبت به شیرهاي Rotary. شیرهاي دارند مناسبی

.. بود اما اکنونو ، دامنه جریان، افت فشار Pressure Rating نظیر اي اولیه پارامترهاي مبناي بر قبال کنترل شیرهاي انتخاب ضمن باشند مناسب ،تعمیراتی هاي هزینه و اولیه هاي هزینه لحاظ باید از کنترلی شیرهاي ینبنابرا باشد می هاهزینه بر تاکید مجاز، هاي نشتی شامل کنترل شیر انتخاب در ثانویه پارامترهاي .باشند داشته خوبی خواص کنترلی بایست می اینکه

باشد.می سایش لزجت و دما، جریانی، خصوصیات مناسب را با توجه به حداکثر اختالف فشار بین دو طرف شیر Actuator جریان، محرك یا Noise بایست مسالههمچنین می

)Max. Shut-off Differential Pressure( و نیز موقعیت دهنده شیر یاPositioner .مشخص گردند دارد. Cv شه، بستگی به پارامترهاي متغیري بناماطالق می Valve Sizing مشخص نمودن اندازه شیر کنترل که به آن

مشخص شده ISA توضیح داده شده است، در استاندادرمورد نیاز جهت محاسبه ضریب جریانی که در انتها با مثالی پارامترهايمربوط به شیر کنترلی (اعم از دستی Cv است. همچنین تعریف این ضریب جریانی در ادامه ذکر شده است. باید دقت نمود که

شود اده میشود. بر طبق تعریف این ضریب، نشان دشناخته می "بنام ضریبی براي جریان"باشد و به اشتباه یا اتوماتیک) میبسیار افت فشار Psi 1 باشد (زیراکه حداکثر دبی که از محلی از خط لوله که مقرر هست شیر کنترلی قرار گیرد، چقدر می

باشد).می کمی

تاریخچه شیر کنترلی ولی کردندمی استفاده برنزي سماوري شیرهاي از آنها که زمانی گردد،می بر رومیان زمان به حداقل کنترل شیر از استفاده جهت خود بخار ماشین در وي .شد انجام میالدي 18 قرن اواخر در وات جیمز توسط ابتدا اتوماتیک کنترل شیر از استفاده .نمود استفاده کنترل شیرهاي از ،سرعت کنترل قرن اواخر در یافتند. گسترش ،بازار به بخار بیشتر کاربرد با همزمان میالدي نوزدهم قرن در امروزي کنترل شیرهاي اجداد

آیواي ایالت درمهندسی (William Fisher) فیشر ویلیام ، 1880 سال دربه بازار آمدند. ارتفاع و فشار رگالتورهاي نوزدهم (governor)هایی کننده تنظیم ،وي تالش انشانی بود. بهاي آب آتش پمپ خروجی فشار کنترل جهت راهی پیدر آمریکا

ایاالت نیروگاههاي درها کنندهاین تنظیم 1907تاسیس گردید. در سال Fisherجهت پمپ ها ساخته شد و پس از آن شرکت شدند. نصب انگلیس و کانادا متحده،





٥

شهر از قسمتی در شرکت اینرا تاسیس نمود. "ماسون رگالتور"شرکت (William Mason)آقاي ویلیام ماسون 1882در سال .نمود تولید بخار هاي کشتی براي دیگري هايکننده تنظیم سپس وي داشت. قرار ماساچوست ایالت از بوستون

قرن اواخر در نیز دیگري هاي شرکت. گرفتند قرار استفاده مورد آمریکا دریایی نیروي هايکشتی در رگالتورها 1890 سال در و گردید بیشتر بزرگ رگالتورهاي به نیاز گاز و نفت صنایع رشد با .نمودند فعالیت به شروع کنترل شیر ساخت جهت نوزدهم، Hanlon-Waters شرکت 1930 و 1920 هاي سال در .شدند عرضه بازار به پایلوت با کننده رگالتورهاي عمل بنابراین

ابداعاتی در زمینه ساخت شیرهاي کنترل بعمل آورد. این شرکت در ایالت اوکالهاماي آمریکا قرار داشت.و Ralph Rockwellشد تا اینکه آقاي استفاده می Fisher شرکت نمودارهاي از کنترل شیرهاي سایز تعیین جهت 1930 سال تا

فرمولهایی را جهت تعیین اندازه شیرهاي کنترل ارایه نمودند. در این فرمول هاي اولیه، Foxboroاز شرکت Masonآقاي دکتر نبود. Cvاثري از

شروع به استاندارد سازي جهت ابعاد شیرهاي کنترل National Steam Specially Clubشرکت 1945تا 1943در سال هاي (Face-To-Face) نمود. استاندارد سازي نهایتا بوسیله گروهی متشکل ازPaul Elfers از شرکتFisher وRalph Rockwell از

و .. تکمیل گردید. Mason-Neilanشرکت شیرهایی از نوع 1954ساخته شد. در سال Mason-Neilanتوسط شرکت 1930در سال Rotaryاولین نوع شیرهاي

Saunders اي و پروانه(Butterfly) .تولید شد شیرهاي هوشمند گسترش یافتند. شیرهاي هوشمند شیرهایی هستند که از ترانسمیترهاي 1995تا 1980در بین سال هاي

اند.استفاده نمودههاي خود، Positionerهوشمند در

. افت فشار و بازیافت آن در انواع شیرها1شکل شماره

و انواع آن 1شیر کروي

قرار استفاده جریان مورد کنترل براي بیشتر که باشندمی Globe کروي یا شیرهاي صنعتی، شیرهاي پرکاربردترین از یکی باشد. نامآور و تغییر جهت حرکت سیال میجهت طراحی شکل بنده گیرند. کاربرد آن براي کنترل و تنظیم جریان سیال، بمی بدنه، شامل شیر نوع این اساسی اجزاي باشد. می است، کره یک شبیه آن که بدنه ظاهري شکل از برگرفته نیز شیر این

تواند این شیر می است. مهم بسیار کروي شیرهاي به جریان ورود باشد. جهتمی بندهاآب گاه و نشمین بندآور، ساقه، درپوش،از بسته شدن شیر شده و کمک به باز شیر شود (انرژي جنبشی سیال مانع طوري قرار گیرد که جریان از زیر دیسک وارد

1 Globe Valve





٦

اي از مجموعه نماید) و یا جریان از باالي دیسک وارد گردد؛ که حالت اول جهت اجتناب از احتمال جدا شدن قطعهشدن آن ) و بندآور، براي مواقعی است که شیر بیشتر وظیفه کنترل جریان را داشته باشد و حالت دوم براي مواقعی که Stemساقه (

مورد کامل، بندي و آب جریان کردن وصل و قطع براي اینحالت، شیرهابستن سریع جریان مورد نیاز باشد، مفید است. در اي، معموالً نشتی از نشیمنگاه شیر کروي کمتر روي و یک شیر دروازهمقایسه بین یک شیر کگیرند. در هنگام قرارمی استفاده

اي است که در ادامه به توضیح شکل و شیرهاي زاویه Yشکل، شیرهاي Tشامل شیرهاي از لحاظ ساختمانی آن انواعباشد. می پردازیم. آنها می

با متناسب تا اندزده ساختمان آنها در تغییراتی به دست طراحان دارند، صنعت در شیرها نوع این که فراوانی کاربردهاي دلیل به

در سه دسته کلی تقسیم کرد: توان می را شیرها این شود. بهینه جدید هاي موقعیت براي آنها از استفاده نیاز،

شکل Tشیرهاي ترك براي و دهد می جهت تغییر درجه 90با بندآور مواجهه براي سیال شیرها، این باشند. درکروي می شیرهاي نوع ترین ساده به دارند، که باالیی فشار افت رغم علی خود، ابتدایی و ساده طرح این شیرها با .دهدمی جهت تغییر درجه 90دوباره نیز شیر

در ندرت سیال به جریان که شرایطی در مثال عنوان به گیرند.می قرار استفاده مورد وفور به بسیار پائین، هزینه ساخت دلیل و نداشته چندانی اهمیت فشار که افت هایی سرویس در یا و کنترل شیرهاي کنارگذرِ مسیرهاي مانند شود،می برقرار مسیر شود.استفاده می شیرها نوع این از باشد، نظر مد جریان کنترل تنها

شکل Yشیرهاي

انرژي اتالف فشار، افت باعث Tشکل بگیرد، قرار سرویس در باز کامالً وضعیت در طوالنی مدت به شیر باشد نیاز که مواردي در تغییري با طراحی این در .شودمی استفاده Yشیرهاي کروي با شکل از دیگري نوع از موارد این در لذا شود؛ می بدنه فرسایش و

و جریان ضریب بیشترین داراي Yشکل حقیقت کند. درمی پیدا بهبود گیري چشم به طرز آن خواص شیر، ساختارِ در مختصر درجه وارد 90از کمتر اي زاویه تغییر با سیال ،شیرها این در است. کروي شیر مختلف هاي مدل میان در فشار ترین افت پائین در شیر که فصلی هاي جریان کنترل شیرها در این از شود. می خارج شیر درجه از 90از کمتر اي زاویه تغییر با مجدداً و شده

صورت به دارد، وجود طوالنی مدت به شیر بودن باز به نیاز اندازي که راه هاي زمان در یا ماند،می باز طوالنی زمانی هايهباز رسوبات توانمی اند،بسته عموماً که drainخطوط در که است این طراحی این مزایاي دیگر از شود. می استفاده ايگسترده

کرد. خارج شیر از زدن سیخ با و سادگی به را گذر پائین در سمت گرفته شکل

ايشیرهاي زاویه 90با و شود می شیر جهت وارد تغییر بدون سیال شیرها، این در باشند.می ايزاویه ساختار با شیرهایی شیرها، این سوم نوع

گونه این مزیت باشد. امامی Yنوع شیرهاي افت فشار از بیشتر شیرها، این در فشار کند. افت می ترك را درجه تغییر، شیر با و شدت به جریان شدت که هاییجریان در هچنین .است زانویی از بدون استفاده جریان اي جهتدرجه 90تغییر شیرها، چرا .است مفید بسیار شیرها این از استفاده گیرند،می هوا دائماً یا دارند دوفازي جریان که هاییلوله کند، مانندمی تغییر ضربان

کنند.تحمل می را سیال ضربات از ناشی نیروهاي سادگی به ساختارشان و شکل واسطه به شیرها این که





۷

. انواع شیر کروي از لحاظ ساختمانی2شکل شماره

نسل اول تا سوم شیرهاي کنترلی

و شده عمل وارد شیر، اندازه و فشار دامنه توسعه و ساقه و بندآور به سیال نیروي و فشار مشکالت انتقال حل براي طراحان براي شود، می وارد بندآور زیر از سیال کروي را طراحی نمودند. زیرا در نسل اول این شیرها که جریان شیرهاي دوم نسل

شد انجام می بزرگتر Actuator (Handdwheel)کرد که اینکار با بکار بردن ساقه اعمال به زیادي بسیار نیروي باید شیر بستن و نیز افزایش زمان باز و بسته کردن شیر را به دنبال داشت. Actuatorکه مشکل محدودیت جا، سنگین شدن

شیر بندآور دو به نیرو دو سیال سوي از بسته، حالت در .است شده استفاده نشیمنگاه دو و بندآور دو در نسل دوم این شیرها از سوي از است، مساوي تقریباً بندآور دو در قراردارد، سرویس سیال فشار تأثیر تحت که سطحی اینکه به توجه با شود.می وارد

تعادل و کرده خنثی را یکدیگر که شودمی وارد ساقه و مجموعه بندآورها به الجهت مختلف و مساوي نیروي دو سیال .در حالت مخالف، بسته نمودباز و را شیر توان می کمی با نیروي نتیجه در .آیدمی وجود به هیدرولیکی

بنديآب و قطع را کامالً سیال جریان توانستند،که آنها نمی بود این داشت، وجود دوم نسل شیرهاي در که رایجی مشکل ایراد، این رفع پی در طراحان دلیل همین رفت. بهشمار می به اساسی ضعف نقطه یک کاربردها از بسیاري در مسأله این نمایند.

مسیر در ، cage یک کمک با که است استوانه یک شکل به شیرها، بندآور این نمودند. در ابداع را کروي شیرهاي سوم نسل کند (در ادامه توضیح بیشتري در مورد آن در قسمت اجزاي شیر داده خواهد شد). وظیفهمی سهولت حرکت به خود حرکت

منطقه کرد: تقسیم منطقه سه به توان را می شیرها این بدنه باشد. می مذکور استوانه لق زدن و انحراف از جلوگیري راهنما این وجود دلیل به که داشت توجه باید دارد. قرار فشار کننده منطقه موازنه آخر، در و خروجی بخش دوم، منطقه شیر؛ ورودي اول،

وجود واسطه به سیال است، بسته شیر که حالتی است. در فشار هم درپوش بخش با ورودي همیشه بخش بندآور، در مجراهایی خروج آن، مسیر رفتن باال و بندآور حرکت با اما کرد، نخواهد نشت بیرون به ،بندآور راهنماي پایین و باال در بندي تجهیزات آب

بندآور، باالي و پایین هاي بین بخش ارتباطی مجراهاي وجود دلیل به هم باز کند. می پیدا جریان سیال و شده باز سیال .شد خواهد بسته یا باز سادگی به شیر و بوده برقرار هیدرولیکی باالنس

نیز V-Port Ball Valve شیرهاي مانند با بدنه توپی، هاي خاص شیرهاي کنترلیهاي خاص جریانی، از گونهالبته براي کنترل .که در ادامه مقداري در مورد آنها نیز توضیح داده خواهد شد گردداستفاده می





۸

V-Port & X-Port Ball Valve .3شکل شماره

)Flow Characteristics( خصوصیات جریانیانواع شیر از لحاظ

Quick Opening ،Linear وEqual Percentage . شیر نوعQuick Opening دبی 30هاي اولیه ساقه (تا حدود % در حرکت ،(-این نوع شیر براي کاربردهاي قطعکند. از شیر عبور می یجریان کمدر انتهاي حرکت ساقه، و دهدزیادي را از خود عبور مینسبت تغییرات Linearنوع از شیر است. در شود که جهت ایجاد سریع دبی بیشینه طراحی شدهوصل جریان استفاده می

باز 20موقعیت % حرکت شیر و تغییرات مقدار جریان، بدون توجه به موقعیت بندآور، همیشه یکسان است. بعنوان مثال دراز افت فشار کلی ايعمدهجریان را خواهیم داشت. از این نوع شیر در جایی که افت فشار شیر سهم 20بودن این نوع شیر، %

تغییر در مقدار جریان به ازاي تغییر واحد در حرکت شیر، Equal Percentageگردد. در شیر از نوع سیستم دارد، استفاده می. بعبارت دیگر وقتی مقدار وجود داشته است ،مستقیماً متناسب با مقدار جریانی است که درست قبل از بوجود آمدن تغییر

ن نوع شیر در کنترل . عموماً از ایخواهد بودجریان زیاد است، تغییرات نیز زیاد مقدار جریان کم است، تغییرات کم و وقتی شود.فشار استفاده می

دهد، یک ضریب جریانی شیربراي طراحی شیرهاي کروي (دستی یا اتوماتیک) و تعیین میزان دبی سیالی که از خود عبور میبه گردد. تعریف ضریب جریانی شیرتعریف می vFlow Factor (K(یعنی فاکتور جریانییا C) vValve Flow Coefficient(یعنی

کند.عبور می psi 1ست که از شیري با افت فشار ا F ° 60در دماي gal/min صورت مقدار دبی آب برحسب کند و نیز : سرعت نسبتاً باالي واکنش شیر بعلت فاصله کمی که بندآور بین حالت باز و بسته طی میي شیر کرويمزایا

سادگی تعمیر آن بدون نیاز به جدا شدن از خط لوله. باشد.ترین مشکل این شیر، انتقال فشار و نیروي سیال به بندآور و ساقه می: اساسیشیر کروي معایب





۹

مشخصات جریانی شیر کنترلی. 4شکل شماره

2جریان بحرانی

جریان چوك شده. 5شکل شماره

سیال از یک محدود کننده جریان (مانند پذیر بوده که در هنگام عبور یک : این پدیده، یک اثر جریان تراکمچوك شدن جریان

) با یکدیگر همراه Venturi Effectآید که دینامیک سیاالت و اثر ونتوري (گلوگاه یک نازل یا شیر در یک لوله) بوجود میباشد). در حالت سرعت پایینتر از سرعت صوت، بعلت عبور گردند (پارامتر محدود شده یا چوك شده، سرعت سیال میمی

2 Critical Flow





۱۰

گردد درحالیکه، در همان زمان، بخاطر اثر سیال از سطح مقطع کوچکتر و با توجه به اصل بقاي جرم، سرعت سیال زیاد میگردد) و در نتیجه فشار دینامیکی اطالق می ½2vρدر معادله برنولی، فشار استاتیک و به ترم Pونتوري، فشار استاتیک (به

باشد که نرخ یابد. جریان چوك شده یک حالت حدي میده جریانی کاهش میدانسیته سیال در پایین دست محدود کننیابد. در این حالت دبی جرمی از فشار باالدست معین باشد، افزایش نمی با کاهش بیشتر در فشار پایین دست، مادامیکهجریان

محدود کننده جریانی، وابستگی پیدا فشار پایین دست مستقل گردیده و فقط به دما و فشار و نتیجتاً دانسیته گاز باالدست ها که براي محدود نمودن و تنظیم دبی تولیدي از چاههاي نفت و گاز، قبل از لوله جریانی، از آنها Choke Valve نماید. (درمی

ورش گردد، از همین اصل استفاده شده تا دبی تولیدي چاه، مستقل از فشار در پایین دست که همان تاسیسات فرااستفاده می است، گردد.)

ماند. در اینحالت نوعی دیگر از چوك شدن جریان ناپذیر مانند آب یا مایعات، دانسیته ثابت میدر حالت جریان یا سیال تراکمآید که درصورت کاهش فشار مایع در پایین دست محدودکننده جریانی به زیر فشار بخار آن در آن دما، پدیده بوجود می

نماید.هاي بخار، از افزایش نرخ جریان ممانعت می د. به این ترتیب، تشکیل حبابدهکاویتاسیون رخ می خوانند.یا بحرانی می Criticalو باالي آنرا Sub-Criticalجریان در زیر حالت جریان چوك،

Critical Pressure Ratio= 𝑃𝑃𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑃𝑃𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑢𝑢

=Rc= � 2𝑘𝑘+1

�𝑘𝑘

𝑘𝑘−1

که

K=𝐶𝐶𝑢𝑢𝐶𝐶𝑣𝑣

بحرانی خواهد بود. جریانباشد، cRکوچکتر و مساوي (باالدست) 1Pبه (پایین دست) 2Pاگر نسبت

در قسمت نشیمنگاه شیر، جایی که فشار Cavitationو lashingFهاي بایست پدیدهمناسب، می vCبراي انتخاب شیر کنترلی با آن انجام گیرد: کند، را نیز در نظر گرفته و محاسباتبه ناگهان افت پیدا می

نگه حالت نهما در افت نماید، که عملیات دماي در سیال بخار فشار زیربه خروجی، استاتیک فشار ، Flashingپدیده در سرعت بواسطه erosion یا ساییدگی بخاطر کنترلی، شیر مثل يتجهیز اینحالت در که گرددمی تبخیر سیال و ودشمی داشته فشار تبخیر، و جوشش از بعد کاویتاسیون، پدیده درلی و گرددمی آسیب دچار بخار، به مایع انبساط بخاطر سیال باالي

و ترکیده و پیوسته بهم شده، ایجاد هايحباب بنابراینشده و بازیابی Vena Contracta نقطه دست پایین در سیال استاتیک نماید.می وارد تجهیز به تري يجد بسیار لطمه کهکرده Shock Wave ایجاد

را محاسبه نمود که عبارتست از : Cavitation Indexبایست براي محاسبه پدیده کاویتاسیون، می

Cavitation Index = (P1-Pv)/(P1-P2)





۱۱

کرويدر شیر Vena Contracta. نقطه 6شکل شماره

گردد:پدیده کاویتاسیون تخمین زده میباشد که معموالً بصورت زیر احتمال فشار بخار مایع در دماي عملیاتی می vPکه

Cavitation Index >> 2 دهدکاویتاسیون رخ نمی

1.7 < Cavitation Index < 2 باشدنیاز به کنترل کاویتاسیون نمی 1.5 <Cavitation Index < 1.7 باشدنیاز به کنترل کاویتاسیون می

1 < Cavitation Index < 1.5 کاویتاسیون جدي وجود داردپتانسیل براي Cavitation Index << 1 در حال رخ دادن است Flashing

نماید که مقایسه می Rc*Pv)-1*(PmKهم وجود دارد که اختالف فشار دو طرف شیر کنترلی را با جمله cRالبته روش

Km=Recovery Coefficient Rc=Critical Pressure Ratio (depending on Pv/Pc, Pc= Absolute Critical Pressure of Fluid)

توان به موارد زیر اشاره توان گفت که در انتخاب یک شیر، فاکتورهاي زیادي دخیل هستند که از آن جمله میبطور کلی می نمود:

محیط و شرایط محیطی مانند خوردگی، سایش، دما و فشار -1 خصوصیات جریانی شیر -2 اید کامالً با توجه به شرایط فرایندي در نظر گرفته شود)اندازه شیر (ب -3 کالس فشاري شیر (باید با شرایط فشار و نیز دماي فرایند مطابقت داشته باشد) -4

تعاریف براي شیر کنترلی اتوماتیک

)Set Point (SP: گردد.بایست بر روي آن مقدار تنظیم مقدار مقرر یا مطلوب براي متغیر فرایندي که می )PV (Process Value: گر یا دماي نفتگیري شده مانند فشار یک تفکیکمقدار متغیر فرایندي اندازه

Output)( OP: خروجی کنترلر در زمانt مقدار باز بودن شیر کنترلی باشد مانند می





۱۲

شود دماي محیط که باعث میگیرد مانند تغییر ناخواسته که در متغیرهاي خارجی فرایند، صورت می تغییري است: اغتشاش

تغییرهاي خروجی از مقادیر مطلوب انحراف پیدا نمایند.

در هرلحظه PVو SPاختالف بین : )error(خطا

، هنگامیکه زمان به بی نهایت PVو SPباشد، یعنی اختالف بین : خطاي حالت پایدار می)offset(افت کنترل یا خطاي ماندگار میل نماید.

overshoot: ي از مقدار مقرر در خالل یک تغییر در بار سیستم یا در مقدار مقرر، تجاوز فرایندمتغیر کهاست مقداري باشد.العمل شدید سیستم در لحظه ورود یک تغییر به آن مینماید. درواقع همان عکسمی

باشد که به آن ستم کنترلی می: اختالف زمان بین لحظه وارد شدن اغتشاش و لحظه شروع پاسخ سی )Dead Time(زمان مرده ها بستگی گیري و کنترلر کنندههاي اندازه گردد. این زمان مرده به ماهیت فرایند، موقعیت دستگاهنیز اطالق می delayگاهاً

این اي از واحد به نقطه دیگر، اغتشاشات خارجی و لوپهاي کنترلی باعث بوجود آمدن دارد. زمان انتقال مواد یا انرژي از نقطه شود.تاخیر در سیستم فرایندي می

درصد از مقدار نهایی 63,3تا به اشد که متغیر فرایندي نیاز داردب: میزان زمان بعد از زمان مرده می )Lag Time(تاخیر زمانی برسد. اي در موقعیت شیرز یک تغییر پلهخود، پس ا

: Derivative)-Integral-PID(Proportional هايکنترل کننده

می توان گفت، اگر کنترلی وجود نداشته باشد، مقدار متغیر تا رسیدن به مقدار جدید حالت یکنواخت، افزایش خالصهبصورت ) وجود داشته باشد، سیستم کنترل قادر است که افزایش متغیر Proportional Controlیابد. حال اگر کنترل تناسبی (می

ت، در یک حالت یکنواخت جدید نگاه دارد. اضافه نمودن کنترل انتگرالی باعث حذف افت گیري را متوقف نماید و در نهایاندازهگردد. این، مزیت کنترل انتگرالی با گیري شده در نهایت به مقدار معین شده باز میگردد و متغیر اندازه) میoffsetکنترل (

نماید. افزایش متغیر هبودي خاصی در پاسخ، ایجاد میاضافه نمودن کنترل مشتقی بباشد. تر آن میزیان بخشی رفتار نوسانی شود.با نوسان کمتر، متوقف میو سریعتر گیري شده،اندازه

به پاسخی سریع در مقابل اغتشاش ورودي نیاز باشد یا افت کنترل حالت پایدار مهم نباشد، استفاده از کنترلر فقط درواقع اگرتوان نامحدود گردد، اما آنرا نمیتر و بهتر فرآیند میتناسبی، باعث کنترل دقیق kتناسبی، مناسب است. بطور کلی افزایش

گردد و با افزایش آن نیز در محدوده افزایش داد زیرا افزایش بیشتر از محدوده پایداري، باعث ناپایداري در پاسخ سیستم میبایست یابد. هنگامیکه وجود خطا نامطلوب باشد، میپایداري، زمان رسیدن به پاسخ نهایی، کاهش اما نوسان پاسخ افزایش می

باشد و احتمال ناپایداري در گیري براي رفع آن استفاده نمود. نقص عمل انتگرالی افزایش نوسان پاسخ میاز عمل انتگرالانتگرالی -ترلر تناسبیتر باشد، احتمال ناپایداري بیشتر است. اگر پاسخ کندهد. هرچه این عمل طوالنیفرایند را نیز افزایش می

را کاهش داد. درواقع دوره نوسان پاسخگیري نیز استفاده نمود تا توان از عمل مشتقدر مقابل اغتشاش به حد کافی نباشد، می گردد.مشخص می SPبه این ترتیب با محاسبه مشتق تغییرات، جهت تغییرات خطا نسبت به





۱۳

کننده ، خروجی کنترلعمل مشتقیکننده وجود دارد، در اي خطی بین ورودي یا خطا و خروجی کنترل، رابطهعمل تناسبیدر ، خروجی عمل انتگرالیباشد و در متناسب با نرخ تغییرات ورودي یا خطا (مشتق خطا نسبت به زمان) نسبت به زمان می

باشد.کننده متناسب با انتگرال ورودي یا خطا میکنترلوجود دارد. معموالً موثرترین روشها نیازمند توسعه بعضی از حاالت مدل PIDجهت تنظیم مدار کنترل کننده اي مختلفیروشه

باشد. روشهاي تنظیم فرایندي و سپس انتخاب پارامترهاي تناسبی، انتگرالی و مشتقی بر اساس پارامترهاي مدل دینامیکی میبر باشد. انتخاب روش تاحد زیادي تابع اینکه تواند نسبتًا زمانمدار طوالنی، میدستی، بخصوص براي سیستمهایی با زمانهاي

نمود، offlineباشد. اگر سیستم را بتوان درآورد یا خیر و تابع زمان پاسخ سیستم می offlineآیا بتوان مدار کنترلی را بصورت گیري خروجی بصورت تابعی از زمان ورودي، اندازه اي دراغلب بهترین روش تنظیم، متضمن تحمیل سیستم به یک تغییر پله

باشد.و استفاده از این پاسخ جهت تعیین پارامترهاي کنترلی میو Ziegler-Nichols ،Tyreus-Luyben ،Cohen-Coonروشهاي مختلف تنظیم پارامترهاي کنترلی عبارتند از: تنظیم دستی،

و معایبی دارند.باشد که هریک، مزایا افزاري میابزارهاي نرم LQRو MPC (Model Predictive Control)روشهاي کنترلی دیگري نیز وجود دارد مانند

شیمیایی و در تاسیسات يدر صنایع فرایند 1980شرفته فرایند است که از دهه نوعی کنترل پی، MPC بین یاکنترل پیشر رفته است. در مدلهاي باالنس سیستمهاي قدرت نیز به کا کنترلاین ،رود. در سالهاي اخیرپاالیشگاههاي نفت به کار می

شناسایی سیستم به باکه هستند مدلهاي خطی تجربی ایند، عمدتاًمبتنی بر مدلهاي دینامیکی فر ،بینهاي پیشکنترل کنندهدرحالیکه ،را دارد هاآنبینی رخدادهاي آینده و اتخاذ اعمال کنترلی متناسب با وانایی پیشت کنترل، این نوع .انددست آمده

بکار برده یکنترل دیجیتالیک بطورکلی بصورت بینکنترل پیش .بینی را ندارندتوانایی پیشاین LQR و PID هايکنترل کننده .شودمی

PIDهاي کنندهدر کنترل اثر افزودن کنترلهاي گوناگون به سیستم. 7شکل شماره





۱٤

3طراحی شیر

تعاریف زیر را کامال درك نمود (در مورد تعدادي از آنها قبال بحث شد):بایستی طراحی براي

Cavitation: occurs in liquid service when the pressure in the valve body falls below the vapour pressure of the liquid. The bubbles which are formed will implode immediately or shortly after leaving the valve, due to the downstream pressure of the control valve recovering to rise above the liquid vapor pressure. Choked Flow: is a situation in which, for either compressible or incompressible fluids with fixed inlet conditions, decreasing downstream pressure fails to produce further increases in flow rate at a constant valve opening.

Compressible Fluid: is a fluid whose density will decrease by 10% or greater if the pressure drop due to the flow of a gas through a system is large enough relative to the inlet pressure. Design Condition: is the set of process conditions under which the total plant or part of the plant is calculated, main equipment is ordered, etc. NOTE: During a plant start-up or shutdown situation, conditions other than design condition may exist.

Flashing: occurs, for liquids only, when the pressure in the valve body falls below the liquid's vapour pressure. The bubbles thus formed remain as vapour in the fluid, owing to the fact that the downstream pressure of the control valve is below the liquid's vapour pressure. Flow Coefficient: is the flow capacity of a control valve, commonly expressed by the "Cv" factor or "Kv" factor. *The Cv of a control valve is defined as the quantity of water, at 60 °F, in US gallons per minute, that will flow through the valve at a specified travel with a pressure drop of 1 psi. *The Kv of a control valve is defined as the quantity of water in m3/h, at a temperature between 5 and 40 °C, that will flow through the valve at a specified travel with a pressure drop of 1 bar. *Kv = 0.856 Cv. 3 Valve Sizing





۱٥

Fluid mixture is a mixture of various gases, a mixture of various liquids, a mixture of liquid with a non-associated gas or a mixture of a liquid with its saturated vapour. NOTE: Other type of mixtures, such as with solids, etc., are not considered. Incompressible fluid: is a liquid or it is a gas whose density change within the system is less than 10 % .

: مثال

:گیریمشدن جریان را درنظر می چوك بدون حالت و آب ناپذیر تراکم سیال براي و ساده حالت

کلوین 363= ورودي دماي

Density = 965.4 kg/m3 Vapour Pressure = 70.1 Kpa Critical Pressure = 22120 Kpa Kinematic Viscosity = 3.26 x10 -7 m2/sec

= ورودي مطلق فشار

680 kpa

= خروجی مطلق فشار

a220 kpa

Flowrate = 360 m3/hr Pipe Size: D1=D2=150 mm

: شیر مشخصات

Trim= Parabolic Plug Flow Direction = Flow to Open Valve Size: D=150 mm

) داریم :3از جدول شماره دو (پیوست شماره Liquid Pressure Recovery Factor, FL = 0.90 Valve Style Modifier, Fd =0.46

:حل

نماییم:می پیدا را جریانی ضریب ، ISA استاندارد اساس بر است، موجود باال شیر نوع از که آب سیال و دبی چنین براي





۱٦

گیریم.) را در نظر می1(پیوست شماره B.1نمودار درختی

باتوجه به مقادیر فشار بخار و فشار بحرانی داریم :

FF=0.96-0.28 �𝑃𝑃𝑣𝑣𝑃𝑃𝑐𝑐

= 0 ∙ 944

براي تعیین نوع جریان :

𝐹𝐹𝐿𝐿2(𝑃𝑃1 − 𝐹𝐹𝐹𝐹 × 𝑃𝑃𝑉𝑉) = 497 ∙ 2 𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾𝐾

توسط Cباشد و ضریب جریانی می non-chokedکیلوپاسکال بیشتر بوده و در نتیجه، جریان بصورت 460که از اختالف فشار گردد:معادله زیر محاسبه می

C= 𝑄𝑄𝑁𝑁1�

𝜌𝜌1𝜌𝜌0∆𝑃𝑃

= 165 𝑚𝑚3

ℎ for Kv

) و نیز اختالف فشار h/3m 360hو نیز با توجه به دبی ( 10x1x-1 داریم : 1N) براي مقدار 2(پیوست شماره 1از جدول شماره 𝜌𝜌1کیلوپاسکال و 460ورودي و خروجی

𝜌𝜌0= 0 ∙ آید.، مقدار باال بدست می 965

(عدد رینولدز شیر کنترلی) داریم: vReبراي محاسبه

Rev=N4𝐹𝐹𝑑𝑑𝑄𝑄𝑣𝑣�𝐶𝐶𝑐𝑐𝐹𝐹𝐿𝐿

�𝐹𝐹𝐿𝐿2𝐶𝐶𝑐𝑐

2

𝑁𝑁2𝐷𝐷4+ 1�

14=2.967x106

داریم: 4Nو 2Nبراي مقادیر 1که از جدول شماره

N2=1.60x10-3

N4=7.07x10-2

و دبی، ویسکوزیته دینامیکی، قطر خط لوله و LFو dFو نیز باتوجه به مقدار

/h3=165 mv=K=CiC

Cباشد، جریان متالطم بوده و ضریب جریانی یعنی می 10000مقدار عدد رینولدز شیر کنترلی بدست آمد که چون بزرگتر از باشد.که محاسبه شده است، صحیح می

بایست براي سه حالت یعنی دبی کمینه، دبی نرمال و دبی بیشینه، سه ضریب جریانی پیدا بطور کلی، از لحاظ محاسبات میکرده و به سازنده شیر بهمراه اطالعات شرایط سیال و دبی، اعالم نماییم تا سازنده بتواند شیر کنترلی مناسبی را براي ما





۱۷

آن بین دبی کمینه و بیشینه جریان ما بوده و vCنماید که خود، شیري را انتخاب میبسازد، سازنده از بین شیرهاي تولیدي داشته باشد. Travellingدرصد حرکت یا 70تا 30شیر بین

شیر کنترلی که توسط اطالعات شرکت کارفرما یا تقاضا کننده شیر کنترلی و شرکت سازنده پرشده Datasheetاي از نمونه ) آمده است.4(پیوست شماره است در قسمت پیوست

کالس فشاري شیر کنترلی

ها، شیرآالت و هاي لولهها یکی از اتصال دهنده فلنجشوند. کالس فشاري شیرها با کالس فشاري فلنجهاي آنها شناخته میره، دو باشند. فلنج ها بصورت قطعه دیسکی شکل بوده که همیشه بصورت جفت به کمک پیچ و مهدستگاهها به یکدیگر می

که در بین آنها قرار gasketگردند. آب بندي بین دو فلنج توسط سازند و به آسانی نیز باز میقطعه را به یکدیگر متصل می گیرد.شود، انجام میداده می

:فشار تحمل دسته بندي از لحاظ •

16.47ASME Bو 16.5ASME B استاندارد با مطابقه بندي فشار ستد - 1500، 900، 600، 400، 300، 150هاي آلیاژهاي آن به کالس هاي فوالدي و استاندارد فلنجمطابق این

که با توجه به جنس فلنج و دماي عملیاتی، فشار قابل تحمل براي آن فلنج مذکور از شوندتقسیم بندي می 2500واز 150. مثالً فلنج کالس باشدبرابر اعداد فوق می 2,4حدود ،فشار کارکرد معموالًآید. جداول مربوطه بدست می

.خواهد داشت Co50در دماي عملیاتی barg 19.2مواد، فشار عملیاتی برابر 1,1جنس گروه ISO استاندارد با مطابقبندي فشار دسته -

فشار اسمی بر بیانگرنشان داده شده که این PN با ،هاي فوالدي وآلیاژهاي آن در این استاندارد فشار تحمل فلنج باشد.می barg 30یعنی فشار کارکرد فلنج، PN30بعنوان مثال .باشدمی barg حسب

)BX6 و B6 نوع هاي (فلنج A6API استاندارد مطابق بابندي فشار دسته -

3000، 2000هاي به کالس و هستند ANSIهاي گروه ها داراي تحمل فشار بیشتري نسبت به فلنج این نوع فلنج(البته بعضی از کالس هاي فشاري این استاندارد با کالس گردندمی بنديرده 20000و 15000، 10000، 5000،

.طابق دارد)ت ASMEهاي فشاري استاندارد باشد، کالس فشاري اي و جوشی میکه مربوط به شیرهاي صنعتی فلنجی، رزوه ASME B16.34طبق استاندارد

نیز وجود دارد که مربوط به شیرهاي نوع جوشی است. 4500


http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%AF%D9%87_%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C

http://fa.wikipedia.org/wiki/%D8%B1%D8%AF%D9%87_%D8%A8%D9%86%D8%AF%DB%8C




۱۸

اجزاي شیر کنترلی : استشدهمشخص آن "قطعات اصلی"که باشدمی Fisherکنترلی زیر، که مربوط به شرکت قدرتمند در شیر

- Actuator - Positioner - Solenoid Valve - Pressure Regulator - Body - Trim

. اجزاي یک شیر کنترلی فیشر8شکل شماره

Actuator

شیر مسدودکنندة عضو بهار هوا، فشار روغن هیدرولیک ، فشالکتریکی جریان وسیلۀ به که است شیر از قسمتیمحرك شیر که ها گردد. محركبا حرکت بندآور، جریان سیال تنظیم و یا قطع و وصل می .کندمی اعمال و حرکت نیرو یعنی بندآور،

محرکها شامل : ISA-S75.05همانگونه که ذکر گردید، داراي انواع مختلفی هستند. بر اساس استاندارد

- Diaphragm Actuators - Piston Actuators - Electro-Mechanical Actuators - Electro-Hydraulic Actuators

باشند.میActuator است پذیري انعطافدیافراگم عضو عضوباشد تشکیل یافته است. معموال از یک دیافراگم با سطح مقطع مناسب می

محرك شیر شامل نماید.اعمال می Stemبه ساقه یا همان را نیرو و دهدمینشان واکنش آن به شده اعمال فشار به نسبت که باشد. Vaneانواع دیافراگمی، پیستونی و بصورت





۱۹

Positioner ) کار Positioner Deflectionبر اساس موقعیت دهنده شیر یا گردش واسطه ( Positioner دستگاه موقعیت دهنده شیر یا

. در شرایطی که دهدمیقرار controllerکند و دستگاهی است که ساقه را دقیقاً در وضعیت مناسب با سیگنال ارسالی از میآنقدر فشار Positionerساقه شیر کنترلی به دالیل مختلف محکم و سفت شده باشد و در برابر حرکت مقاومت نشان دهد،

باشد. دهد که ساقه به حرکت درآید. از مزایاي این تجهیز، افزایش سرعت عمل شیر کنترلی میهواي دیافراگم را افزایش میشود، بعلت فشار کم و گردد و وارد دیافراگم میهاي نیوماتیکی، زمانیکه فرمان از راه دور ارسال میبخصوص براي سیستم

با ارسال هوا با فشار باال بر روي دیافراگم، positionerنماید اما ان طوالنی، شیر کنترل عمل میکندي انتقال پس از مدت زم دهد. به شیر کنترلی سرعتر فرمان عمل می

قطعات اصلی سازنده این دستگاه عبرتند از گیرد.می Controllerکه فرمان را از Bellowsیک دستگاه -) به ساقه Linkageو از طرف دیگر از طریق اتصال دهنده ( Bellowsدهنده که از یک طرف به یا میله اتصال Beanیک محور -

شیر وصل است. Bellowباعث حرکت controllerبه میله وصل شده است. فرمان از Fulcrumکه در نقطه اتکا Pilot Valveیک شیر از نوع -

هوا را اضافه کند یا بمکد (از طریق دیافراگم) تا اینکه وضعیت ساقه شیر با Pilot Valveشود که شود و حرکت آن باعث میمیگردد که حرکت شیر ماند. این عمل باعث میبحالت معلق باقی می Pilotفرمان رسیده با هم مطابقت نماید. در این موفع

نامیده Positon (Deflection Balance)بنام Valve Positionerبا هم متناسب باشند. این سیستم Bellowانتهایی و حرکت شود.می

Solenoid Valve

براي آن ارسال Shut Downمسیره هست، هنگامیکه فرمان یا سیگنال یا چند دو (الکترومکانیکی) معموالً یک شیر برقینماید. به این ترتیب، می ventرا قطع و هواي موجود در روي دیافراگم را تخلیه یا actuatorبه مسیر هواي ورودي ،گرددمی

نماید). عمل می BDVیا ESDVشود (مانند یک شیر کنترلی با توجه به نیروي فنر و با توجه به نوع کاربرد آن، باز یا بسته میاین نوع شیر در واقع با شود که نقش قطع یا وصل جریان را نیز داشته باشند.این تجهیز براي شیرهاي کنترلی تعبیه می

کند.پیچ جهت ایجاد میدان مغناطیسی عبور می نماید، کار میاز جریان الکتریکی که از داخل یک سیم استفاده

Supply Pressure Regulator رود.شیر کنترلی بکار می Positionerرگالتور جهت کاهش فشار هواي ابزار دقیق براي استفاده در

Body

باشد.می جریان مسیر اتصاالت به لوله و شامل قسمت این .باشد می فشار تحت که است شیر از قسمتی ترین اصلی کهشیر بدنۀ آورد.را فراهم می (نشیمنگاه و بندآور) Seat & Plugبراي الزم محل همچنین قسمت ین

Cage عضويدارد. این تجهیز، زیادي کاربردهاي که شد استفاده Flow Divider بعنوان وها cageاز نسل سوم لیرکنت شیرهاي براي

هدایت جهت کننده هدایت یک عنوان به تجهی این از. گردد می محسوب شیر Trim از قسمتی که است توخالی مانند سیلندر





۲۰

استوانه لق زدن و انحراف از جلوگیري همانطورکه گفته شد براي راهنما این وظیفهشود. می استفاده نشیمنگاه روي بر بندآور شیر جریانی خصوصیات که باشد مختلف اشکال با ايحفره يدارا است ممکن cageبعضی از انواع شیرها، رد باشد.می مذکورنماید. این تجهیز تعیین را، که در مورد آنها توضیح داده شد، Equal Percentageو Opening ،Linearاعم از کنترل

ضدکاویتاسیون استفاده گردد. بعنوان یک وسیله نیزو noiseیا صدا و سر کاهندة عنوان به تواند می همچنین

Bonnet باشد. این پوشش در کننده براي ساقه مینماید و به عنوان یک هدایتدر آن حرکت می Stemساقه یا که است شیر از قسمتی

باشد. بعضی از شیرهاي مثل شیرهاي سماوري یا بعضی شیرهاي توپی، بندها و قطعات داخلی میبند و آببرگیرنده جعبه آب این پوشش را ندارند.

.آمده است 10و 9در شکلهاي شماره ،کنترلی براي شیر Cageو نیز انواع یا بندآور Plug انواع

. انواع بندآور9شکل شماره

Cage. انواع 10شکل شماره





۲۱

و بندآور آن Cage. یک نوع 11شکل شماره

. نمایی از یک شیر کروي12شکل شماره





۲۲

بندآور متناسب با انواع حالت باز شدن براي شیر کروي . انواع13شکل شماره

Trim Trim باشد، به جز بدنه شیر، در تماس با سیال فرایندي میشیر شامل کلیه قطعاتی از شیر است کهBonnet ،هاي بدنه فلنج

هایی از باشد. قسمتمی Cageو Guide Bushingشامل بندآور، نشیمنگاه، Trim، بنابراین براي یک شیر کروي .Gasketو Packing Box هم بعنوانTrim گردند.محسوب می

نمایید.مشاهده می 14شکل شماره کنترلی را در قسمتهاي مختلف یک شیر

هاي مختلف شیر کنترلیقسمت. 14شکل شماره





۲۳

Vشیرهاي کنترلی توپی شدند، امروزه بطور وسیعی بعنوان وصلی درنظر گرفته می-اي و توپی که در گذشته فقط بعنوان شیرهاي قطعشیرهاي پروانه

شامل قیمت و وزن (بخصوص توپی) شیرها این، امتیازات مرسومنسبت به شیر کروي گردند.شیرهاي کنترلی استفاده میمسدود نمودن مسیر عبور بقیه خصوصیات مانند باشد.تر و ظرفیت عبوردهی جریان باالتر (دو تا سه برابر شیر کروي) میپایین

درباعث شده که ملزومات تنظیم شده دولتی ساقه، از و نشتی کم سوزيابر آتشدر بر ایمنهاي جریان بصورت کامل، طراحیدستور العمل تجهیزات تحت در ایالت متحده آمریکا و 5و آژانس حفاظت از محیط زیست 4اياداره ایمنی و بهداشت حرفه

.دنگردآسانتر ارضا ، 6در اتحادیه اقتصادي اروپا فشاررا نسبت به انواع دیگر شیرها شامل عملییک انتخاب ) V-Port & V-Ball( شکل Vو توپی شکل V دهانه خروجیشیرهاي با

هاي (نشیمنگاه را گارانتی کنند یبندي خوبتوانند آبو اینکه همیشه نمیدارند بودن گرانتمایل به بزرگ و شیرهاي کروي که به مجموعه اضافه ،کننده براي ایزوله نمودن شیر کرويشیر قطع بایست همیشه یکمیبنابراین د.نده، ارایه میروي فلز)برفلز

تشکیل ،بندي کاملشیر دربرگرفته شده است جهت آبمتمایز که توسط توپییک نشیمنگاه فلزي از V نوع انتخاب نمود. ظرفیتاین شیرها د.باشمستعد نشتی داخلی نمی شیر ،در نتیجه کهپشتیبانی شده نرم ارتجاعییافته است که با نشیمنگاه

سوسپانسیون سیاالت کاربردهاي و نیز در باشدباال و کنترل فشار مناسبی را که مورد نیاز براي سیاالت تمییز یا کثیف می، شدهتوپی شیر متمایز باشد.کنترل به کمینه آن میدر واقع نسبت بیشینه جریان قابل rangeabilityد. نآورفراهم میاي، رشته

.کندایجاد میخصوصیات جریانی قابل کنترل از تقریباً حالت بسته تا موقعیت کامالً باز را این .آوردفراهم میو مقاومت ساییدگی بسیار عالی را يبازیابی باالي فشار، بازده موثر حداکثراجازه ،گذرگاه جریانی خطی

و فراهم از بین رفتن نسبتاً کم انرژي جریان باعث ،یحداقلی بعلت فرمهاي داخلی خطی و اغتشاش جریانبازیابی باالي فشار به Vena Contractaدست شیر در نقطه بنابراین فشار پاین .شودمیآوردن ضریب جریانی بیشتر نسبت به شیرهاي کروي

تري بخصوص در مقایسه با . همچنین این بازیابی فشار باعث فرایند باصرفهگرددز مقدار ورودي آن بازیافت میدرصد باالیی ا .شودمیدار شیر کروي پیچ و خم

،اي سوراخهاشبکه لوله کمک ایجادههمچنین بکمتر اتفاق بیافتد. ،گردد که پدیده کاویتاسیونگذرگاه جریان خطی باعث می دست نشیمنگاه فلزي این شبکه، به قسمت پایین .نمایدکاهش پیدا میسر و صدا و نوسان و نیز خسارت ناشی از کاویتاسیون

مجموعه تمامی. گیردمیشیر، رویهم قرار سپس بمنظور یکپارچه شدن با توپیبرداري شده و توسط منبع ترموالکتریکی برادهدر کاربردهایی که Vي بطور کلی استفاده از شیرها .گردندمی، سخت نیز ساییدگی براي حذف ساییدگی و باالبردن مقاومت

د. اولین باشبه دو صورت میهاي ضد کاویتاسیون و ضد صدا معموالً طراحی گردد.احتمال کاویتاسیون وجود دارد، توصیه میبه جریانهاي شوند که جریانو باعث می روندبکار میهاي صدا هستند که داخل توپی شیر نوع طراحی شامل تضعیف کننده

ر خصوصیات جریانی شیر نیز تاثیر اي تغییر یابد که بتواند بگونهکننده صدا میکوچکتر تقسیم شود. سوراخکاري داخل تضعیفک، بخاطر سوراخهاي کوچاي داخل توپی شیر است که دار چند مرحلهپیچ و خم گذارد. نوع دیگر طراحی، اضافه نمودن آرایش

گیرد.قرار می شود،دیدگی میآسیب ی که موجبسرعت سیال زیر سطح

4 Occupational Safety & Health Administration (OSHA) 5 Environmental Protection Agency (EPA) 6 European Economic Community (EEC)





۲٤

دبی جریانی یکسانی که شیر تر بهبواسطه شیر با اندازه کوچکباشد که به این معنی می بیشتر بودن ضریب جریانی این شیرهاغال نموده و وزن کمتر، صرفه بنابراین شیر فضاي کمتري را اش .دست یافتتوان می ،دهداز خود عبور میکروي بزرگتر

چون تمامی فشار سیال به بندآور شیر کروي اعمال ،از طرفی خواهد داشت.به دنبال تري را اقتصادي بیشتر و تعمیرات راحتدرحالیکه باشد،می آنبه حرکت درآوردن برايایجاد نیروي بزرگ جهت حرکهاي بزرگی براي اینگونه شیرگردد، نیاز به ممی

دهد. اجازه استفاده از محرکهاي کوچکتر را براي به حرکت در آوردن شیر می، Vدرجه چرخشی شیرهاي 90حرکت بریده شده با Vگردد. شکل شکل طراحی می Vکارایی و دقت کنترلی برتر براي هندسه پایین دست شیرهاي با دهانه خروجی

)، خصوصیات slotرا امکانپذیر ساخته، درحالیکه طراحی مجرا مانند( Equal Percentageدقت لیزر، خصوصیات جریانی دارند، زیرا گشتاور نیز تمایل کمتري براي نشتی خارجی از ساقه را Vشیرهاي کنترلی آورد.را فراهم می Linearجریانی

بند ساقه نیز کمتر خواهد بود. کمتري از محرك این شیرها براي به حرکت درآوردن آنها مورد نیاز است و نتیجتاً فرسایش آب .یابدکاهش مینیز این شیرهابه همین میزان، تعمیرات





۲٥

مانند و توپی معمولی slotدهانه خروجی ، با شکل Vشکل و توپی Vدهانه خروجی شیرهاي با . مقایسه خصوصیات جریانی 15شکل شماره

بندي یک بهمراه ویژگی سادگی و آب ،ترآل براي کنترل جریانی دقیق، ایدهشکل Vو توپی شکل V دهانه خروجیشیرهاي با

. باشدمی وابسته جهت برقراري جریاننیز خصوصیات جریانی به شکل لبه توپ نیمه کامل و باشند.میشیر توپی معمولی . نمایدمیهاي بزرگ تغییر هاي کوچک تا حالت محدب براي دهانهشکل، در لبه شیر از حالت مقعر براي دهانه Vشکل شکاف در سرتاسر چرخش شیر را داده در حالیکه شیرهاي با تردرجه، اجازه کنترل ظریف 30 زاویه با V دهانه خروجیشیرهاي با

آورند.درجه، ضریب جریانی بیشتري از میان شیر را براي کنترل سیال فراهم می 60 زاویه با V دهانه خروجی





۲٦

درجه 60و 30هاي با زاویهشکل Vتوپیشیرهاي با . 16شکل شماره





۲۷

هاپیوست 1پیوست شماره

Annex B (informative) — Control valve sizing flow charts





۲۸





۲۹

2پیوست شماره

Table 1 — Numerical constants N

Constant Flow coefficient C Formulae unit

Kv Cv W Q P, DP ρ T d, D J

N1 1 x 10–1

1 8.65 x 10–2

8.65 x 10–1

1

– – –

m3/h m3/h gpm

kPa bar psia

– – –

– – –

– – –

N2 1.60 x 10–3 2.14 x 10–3

8.90 x 102

– –

– –

– –

– –

– –

mm in

– –

N4 7.07 x 10–2 7.60 x 10–2

1.73 x 104

2.153 x 103

– – –

m3/h gpm scfh

– – –

– – –

– – –

– – –

m2/s cS cS

N5 1.80 x 10–3 2.41 x 10–3

1.00 x 103

– –

– –

– –

– –

– –

mm in

– –

N6 3.16 3.16 x 101

2.73 2.73 x 101

6.33 x 101

kg/h kg/h

lbm/h

– – –

kPa bar psia

kg/m3

kg/m3

lbm/ft3

– – –

– – –

– – –

N7

(t = 15.6°C)

4.82 4.82 x 102

4.17 4.17 x 102

1.36 x 103

– – –

m3/h m3/h scfh

kPa bar psia

– – –

–K –K –R

– – –

– – –

N8 1.10 1.10 x 102

9.48 x 10–1

9.48 x 101

1.93 x 101

kg/h kg/h

lbm/h

– – –

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N9

(t = 0°C)

2.46 x 101

2.46 x 103

2.12 x 101

2.12 x 103

6.94 x 103

– – –

m3/h m3/h scfh

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N9

(ts = 15°C)

2.60 x 101

2.60 x 103

2.25 x 101

2.25 x 103

7.32 x 103

– – –

m3/h m3/h scfh

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N18 8.65 x 10–1 1.00 6.45 x 102

– –

– –

– –

– –

– –

mm in

– –

N19 2.5 2.3 9.06 x 10–2

– –

– –

– –

– –

– –

mm in

– –

N22

(ts = 0°C)

1.73 x 101

1.73 x 103

1.50 x 101

1.50 x 103

4.92 x 103

– – –

m3/h m3/h scfh

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N22

(ts = 15°C)

1.84 x 101

1.84 x 103

1.59 x 101

1.59 x 103

5.20 x 103

– – –

m3/h m3/h scfh

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N27

(ts = 0°C)

7.75 x 10–1

7.75 x 101 6.70 x 10–1

6.70 x 10+1

1.37 x 101

kg/h kg/h

lbm/h

– – –

kPa bar psia

– – –

K K R

– – –

– – –

N32 1.40 x 102 1.27 x 102

1.70 x 101

– –

– –

– –

– –

– –

mm in

– –

NOTE Use of the numerical constants provided in this table together with the practical metric and US units specified in the table will yield flow coefficients in the units in which they are defined.





۳۰

3پیوست شماره

Table 2 — Typical values of valve style modifier Fd, liquid pressure recovery

factor FL, and pressure differential ratio factor xT at full rated travel 1)

Valve type Trim type Flow direction 2) FL xT Fd

Globe, single port

3 V-port plug Open or close 0.9 0.70 0.48 4 V-port plug Open or close 0.9 0.70 0.41 6 V-port plug Open or close 0.9 0.70 0.30 Contoured plug (linear and equal percentage)

Open Close

0.9 0.8

0.72 0.55

0.46 1.00

60 equal diameter hole drilled cage

Outward 3) or inward 3)

0.9 0.68 0.13

120 equal diameter hole drilled cage

Outward 3) or inward 3)

0.9 0.68 0.09

Characterized cage, 4-port Outward 3)

Inward 3) 0.9

0.85 0.75 0.70

0.41 0.41

Globe, double port

Ported plug Inlet between seats 0.9 0.75 0.28 Contoured plug Either direction 0.85 0.70 0.32

Globe, angle Contoured plug (linear and equal percentage)

Open Close

0.9 0.8

0.72 0.65

0.46 1.00

Characterized cage, 4-port Outward 3)

Inward 3) 0.9 0.85

0.65 0.60

0.41 0.41

Venturi Close 0.5 0.20 1.00 Globe, small flow trim

V-notch Open 0.98 0.84 0.70 Flat seat (short travel) Close 0.85 0.70 0.30 Tapered needle Open 0.95 0.84

N19(CFL)0.5

D0

Rotary Eccentric spherical plug Open Close

0.85 0.68

0.60 0.40

0.42 0.42

Eccentric conical plug Open Close

0.77 0.79

0.54 0.55

0.44 0.44

Butterfly (centered shaft)

Swing-through (70°) Either 0.62 0.35 0.57 Swing-through (60°) Either 0.70 0.42 0.50 Fluted vane (70°) Either 0.67 0.38 0.30

High Performance Butterfly (eccentric shaft)

Offset seat (70°) Either 0.67 0.35 0.57

Ball Full bore (70°) Either 0.74 0.42 0.99 Segmented ball Either 0.60 0.30 0.98

1) These values are typical only; actual values shall be stated by the valve manufacturer. 2) Flow tends to open or close the valve, i.e. push the closure device (plug, ball, or disc) away from or towards the seat. 3) Outward means flow from center of cage to outside, and inward means flow from outside of cage to center.





۳۱

4یوست شماره پ CONTROL VALVE DATA SHEET VSP2010-K01A-03

Project Tag No. 02-PV-0201A Customer Q'ty 1 SHT. No. 3/10

Ult. Client Revision No. 0 Date 12/8/17

Inq./P.O. No. Serial No. RFQ-G436

Process P&ID : QSMS-02-PR-PI-0105

Application

1

SER

VIC

E C

ON

DIT

ION

S

Fluid GAS SOUR Critical Pr. BarA Critical Tr. Deg C 2 Units Max. Norm. Min.

3 Flow Rate Kg/hr 4451 4047 1214 4 Inlet Pressure BarG 1.8 1.8 1.8 5 Outlet Pressure BarG 1.6 1.6 1.6 6 Differential Pressure Bar 0.2 0.2 0.2 7 Inlet Temperature Deg C 85 24.8 24.9 8 Density Kg/m3 3.7 3.7 3.7 9 Specific Heat Ratio k 1.2 1.2 1.2 10 Compressibility Z 0.982 0.982 0.982 11 Required Capacity Cv 206.97 187.8 56.11 12 Opening Travel %-EQ 70.68 67.01 41.78 13 Predicted SPL dBA < 85 < 85 < 85

14

GE

NE

RA

L

Inlet Pipe Size 8 Inch 20 Sch. 50 P

OS

ITIO

NE

R Type E/P

15 Outlet Pipe Size 8 Inch 20 Sch. 51 Mfr / Model Y.T.C / YT - 2550L

16 Design Pressure [IN] [OUT] BarG 52 Input Signal 4 ~ 20 mA DC

17 Design Temperature [IN] [OUT] Deg C 53 Increase Signal To VALVE OPEN

18 Max. Shut-Off Dp. Bar 54

19

VA

LVE

BO

DY

/B

ON

NET

Model No. KCG 12Series 55

S

OL.

V/

V Type N/A

20 Body Type GLOBE 56 Mfr / Model N/A

21 Body Size 6" (150A) 57 Energized To N/A

22 Pr. Rating ANSI 300 LBS 58 Voltage

23 End Connection RF FLANGED 59

LI

MIT

SW

. Type N/A

24 Bonnet Type STANDARD 60 Mfr / Model N/A

25 Flow Direction FLOW TO OPEN 61 Contact Point N/A

26 Lining 62

27

VA

LVE

TR

IM Trim Type P - PORT 63

AC

C.

OT

HE

RS

Filter Regulator Y.T.C / YT - 250(1/4")

28 Port Size 6 in Rated Cv 360 64 Volume Booster Y.T.C / YT - 350(1/4")

29 Flow Character. EQ - % Stroke 60 mm 65 I-P Transducer N/A

30 Plug Type BALANCED 66 Position Feedback N/A

31 Seat Leakage ANSI Class IV 67 N/A 32

MA

TE

RIA

L

Body /Bonnet A216 WCB 68

MIS

C.

Elect Housing STD Ex ia IIC T5,6

33 Stem 316L SS 69 Tubing Material S.S 316L

34 Plug /Disc /Ball 316L SS 70 Stroke Time(s)

35 Seat Ring 316L SS 71 Approx. Weight

36 Cage /Retainer 316L SS 72

37 Balance Seal 316L + TFE 73 Notes / Special Instruction 1. POSITIONER & FILTER REGULATOR : 316 SS 38 Packing V - PTFE 74

39 Gasket 316L+TFE - SPIRAL WOUND 75 2. NACE 01.75 : YES

40

AC

TU

AT

OR

Actuator Type DIAPHRAGM - RA 76

41 Mfr / Model KOPECS / KAC 40 SERIES 77

42 Actuator Size 480Lmm Dia. 78

43 Failure Mode VALVE CLOSE 79

44 Supply (Max) 4.5(7.0) Barg 80

45 Manual Override N/A 81

47

48 0 2012-08-17 FOR INFORMATION S.Y.AN G.M.CHO

49 No. Date Revision Description Prepared By Reviewed By Approved By





۳۲

CONTROL VALVE SIZING SHEET

Project QESHM OIL PRODUCTION UNIT Revision No. 0 Customer OCEANUS SHT. No. 3/10

Ult. Client IRANIAN OFFSHORE OIL CO. Prepared By S.Y.AN

Tag No. 02-PV-0201A Date 2012-08-17

Valve Sizing : Gas Flow VSP2010-K01A-03

Body Size 6" (150A) Flow Rate Unit Kg/hr Inlet Line Size 8 Pressure Unit BarG Outlet Line Size 8 Temperature Unit Deg C Outlet Line Schedule 20 Velocity Unit m/sec

Trim Type P - PORT

Rated Cv 360 Rangeability 30

Service Conditions Max. Norm. Min.

Flow Rate 4451 4047 1214

Inlet Pressure 1.8 1.8 1.8

Outlet Pressure 1.6 1.6 1.6

Diff. Pressure 0.2 0.2 0.2

Inlet Temperature 85 24.8 24.9

Density 3.7 3.7 3.7

Specific Heat Ratio 1.2 1.2 1.2

Compressibility 0.982 0.982 0.982

Sizing Output Calculated Cv 206.97 187.8 56.11 Stroke % (EQ %) 70.7 67.0 41.8 Stroke % (Linear) 56.0 50.5 12.7 Stroke % (Modified) 83.7 80.9 45.3

Choked Flow None None None

1.83 1.83 1.84

Outlet Valve Velocity 19.7 17.9 5.4 Outlet Line Velocity 10.8 9.8 2.9

Noise Level [dBA] < 85 < 85 < 85

Notes

1. Single phase control valve sizing is based on ISA S75.01, "Flow Equations For Sizing Control Valves".





۳۳





۳٤

منابع

برداري مربوط به شرکت ملی صنایع پتروشیمی افزاري آموزش اپراتور بهرهنرم بسته -

آوران فنون پتروشیمی، شرکت ره"کار شیرهاي کنترلیاصول " -

نوجهان-، انتشارات اتحاد"هاها و گسکتاصول و ساختار ولوها، فلنج"، )1389( یوسفی -

سراانتشارات اندیشه ،"طراحی تجهیزات فرایندي"، )1395( فررازي -

HYSYS Dynamic افزارشبیه سازي دینامیکی فرایندهاي شیمیایی با نرم"، )1387( گوهرخی، ترابی، نجفی و شعبانی -

، انتشارات شرکت دانشگران صنعت پژوه"2006

.Top Lineتجهیزات فرایندي و Habonim ، FlowTekکاتالوگ شیرهاي شرکتهاي -

- Flow Equations for Sizing Control Valves (ISA-75.01.01-2007)

- www.flowserveperformance.com/sizing_selection: valtek: control valve sizing

- www.Flowserve.com, Flowserve Cavitation Control

- www.Linkedin.com

- BELA & LIPTAK, Instrument Engineers’ Handbook, “Process Control and Optimization”, VOLUME II, GAYLER, MARTON (1970, 1985), LIPTAK (1995) and MILLER (2005), Control Valve Selection and Sizing, Valve Types: Ball Valves, Taylor & Francis Group, 2006.


http://www.flowserveperformance.com/performhelp/sizing_selection:valtek:control_valve_sizing?do=backlink

ftp://ftp.unicauca.edu.co/Facultades/FIET/DEIC/Materias/Instrumentacion%20Industrial/Instrument%20Engineers'%20Handbook,%20Fourth%20Edition,%20Volume%20Two-%20Process%20Control%20and%20Optimization/1081ch6_16.pdf


Documents

ﺎﻫﯽﯾﺎﺒﯾز ﻖﻟﺎﺧ مﺎﻧ ﻪﺑdl.mohandes-iran.com/mekanik/Article/Control valves.pdf · (governor) ﯽﯾﺎﻫهﺪﻨﻨﮐ ﻢﯿﻈﻨﺗ ،يو شﻼﺗ